[发明专利]一种多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法

权利要求书

1.一种多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

(1)、GTO高k介质介电层的制备：采用纯度为100％的[(CH₃)₂GaNH₂]₃和纯度为100％的Ti[N(CH₃)₂]₄分别作为Ga₂O₃和TiO₂的前驱体；在室温至600℃下用等离子体增强的原子层沉积技术生长GTO多层复合氧化物薄膜，每层薄膜的物理厚度为20-40nm；Ga₂O₃和TiO₂薄膜交替制备，总层数为2-20层，得到复合薄膜样品；将制备的复合薄膜样品在高纯N₂气氛中控制温度为200-600℃退火8-12分钟，完成GTO高k介质介电层的制备，得到含有GTO介电层的薄膜样品；

(2)、薄膜样品的表面清洗：将含有GTO介电层的薄膜样品放入离子束溅射室内，采用离子束溅射技术利用电离出的Ar⁺清洗薄膜样品的表面，去除表面污染物；清洗过程中氩气流量为2-6SCCM；清洗枪工作气压为4×10^-2Pa；束流为5-20mA；清洗时间为50-70秒钟，完成薄膜样品的表面清洗，得到清洗后的薄膜样品；

(3)、ITZO半导体沟道层的制备：利用常规的射频磁控溅射技术，采用ZnO和TiO₂的合金靶与In₂O₃靶的双靶共溅射的方式，在清洗后的薄膜样品的GTO介电层上室温沉积厚度为20-200nm的ITZO半导体沟道层，得到沟道层薄膜样品；其中氧化物靶材粉体纯度均高于99.99％；

(4)、源、漏金属电极的制备：利用常规的真空热蒸发在沟道层薄膜样品上面制备源、漏金属电极，即得到多层复合氧化物GTO高k介电层的ITZO薄膜晶体管，其阈值电压为0.19V，亚阈值摆幅为64mV/dec，电流开关比小于2×10⁵，综合性能优良。

2.根据权利要求1所述的多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法，其特征在于步骤(1)涉及的采用原子层沉积技术沉积GTO高k介质介电层时，选择重掺杂P型硅100作为衬底，依次用纯度大于99.0％的丙酮和纯度大于99.0％的酒精超声波清洗，然后用去离子水反复冲洗,氮气吹干后将硅衬底放入沉积反应室；再利用原子层沉积技术沉积GTO高k介质介电层，分别采用纯度为100％的[(CH₃)₂GaNH₂]₃和纯度为100％的Ti[N(CH₃)₂]₄作为Ga₂O₃和TiO₂的前驱体，惰性气体Ar作为输运反应源的载气，氧气作为反应气，在等离子体的作用下，Ga₂O₃和TiO₂的前驱体和氧气发生化学反应生成Ga₂O₃和TiO₂，其沉积温度为室温至600℃，沉积反应室压强为0.1-1Torr；Ga₂O₃和TiO₂逐层生长，利用沉积技术在硅衬底上先沉积8-12单分子层Ga₂O₃薄膜，再在Ga₂O₃薄膜上继续沉积8-12单分子层TiO₂薄膜，依次交替2-20次，形成2-20层的复合薄膜样品；沉积一层Ga₂O或TiO₂薄膜的反应周期包括：0.1-10秒的镓源或者钛源气体脉冲时间、2-50秒的惰性载流气体去除残留物时间、0.1-10秒的氧气等离子体脉冲时间和2-50秒的惰性载流气体去除残余物的时间。